Развитие конструкций шин определяется требованиями, предъявляемыми к ним конструкциями автомобилей и условиями эксплуатации. Шины оказывают значительное влияние на следующие основные эксплуатационные качества автомобиля: грузоподъемность, пассажироемкость, силу тяги на ведущих колесах, экономичность расхода топлива, устойчивость, проходимость, мягкость хода (комфортабельность езды), бесшумность, максимальную скорость и безопасность движения.
Долговечность или величина пробега шин, влияние их на экономичность расхода топлива и проходимость автомобиля, а также на другие его эксплуатационные качества сказываются на себестоимости автомобильных перевозок. Поэтому конструкция шин должна обеспечивать реализацию высоких эксплуатационных качеств автомобиля и высокие показатели использования его в заданных условиях работы.
В зависимости от условий работы шины должны обладать определенными эксплуатационными качествами. Для работы автомобилей в трудных дорожных условиях и по бездорожью желательны шины, обладающие высокой проходимостью и надежностью. В южных районах, а также на автострадах средней полосы нужно применять шины с высокой теплостойкостью, а в северных районах — с высокой морозостойкостью.
Под рациональным выбором шин для автомобилей подразумевается выбор таких типов, размеров и моделей шин, которые обладали бы в конкретных условиях эксплуатации совокупностью наиболее высоких качеств. Эксплуатационные качества шин должны изучать как потребители, так и конструкторы и изготовители шин к целях дальнейшего совершенствования их конструкций.
При выборе шин определяют тип конструкции. Для обычных дорожноклиматических условий эксплуатации выбирают шины обычных конструкций — камерные или бескамерные, диагонального построения или типа Р массового выпуска.
В зависимости от преобладания тех или иных типов дорожных покрытий выбирают рисунок протектора шин обычной конструкции.
Для работы автомобилей на дорогах с твердыми покрытиями (в городах, на автомагистралях) выбирают шины с дорожным рисунком протектора; для работы на грунтовых дорогах и дорогах с твердыми покрытиями примерно в равном соотношении следует применять шины с универсальным рисунком протектора.
При эксплуатации в трудных дорожных условиях и по бездорожью выбирают шины с рисунком протектора повышенной проходимости, а для особо трудных условий бездорожья — специальные шины, например, арочные шины или шины с регулируемым давлением воздуха. Для эксплуатации автомобилей на обледенелых дорогах целесообразно применять шины с металлическими шипами в протекторе.
При выборе шин учитывают их габаритные размеры, грузоподъемность и допускаемые скорости движения, которые выясняют по данным технических характеристик шин.
Основные параметры технических характеристик шин разных типов и размеров обобщает и опубликовывает Международная ассоциация шин и ободьев. Использование этих данных облегчает работу по выбору и конструированию шин для автомобиля.
Грузоподъемность шины оценивают по наибольшей допустимой нагрузке на нее в килограммах. Критерий грузоподъемности является основным условием правильного выбора размера шин, обеспечивающим эксплуатацию их без весовой перегрузки.
Для определения необходимого размера шин сначала выясняют наибольшую нагрузку в килограммах на колесо автомобиля, а затем соответственно ей по действующему ГОСТу или техническим условиям подбирают размер шин, чтобы наибольшая допустимая нагрузка на шину была равна или превышала на 10—20% наибольшую фактическую нагрузку на колесо автомобиля. Выбор шин с некоторым запасом допустимой нагрузки обеспечивает большую их долговечность в эксплуатации. Наряду с нагрузкой на колесо при выборе размера шин учитывают скорости движения автомобиля, которые не должны превышать "допустимые скорости для шин.
Себестоимость (экономичность) эксплуатации шин оценивают по затратам на 1 км пробега с учетом восстановительного и местного ремонта и определяют делением расходов на новые шины и их ремонт на пробег до списания, т. е. до .полного разрушения шин. Себестоимость эксплуатации шин может служить критерием лишь при наличии одинаковых, т. е. сравнимых, условий эксплуатации и точного учета пробега.
Однако задача рационального выбора шин для автомобилей не решается полностью выбором их на основании вышеуказанных критериев; для решения этой задачи требуется более полная всесторонняя оценка эксплуатационных качеств шин, что возможно при проведении сравнительных лабораторных (стендовых), дорожных и эксплуатационных испытаний шин.
Каждый параметр, характеризующий то или иное качество шин, определяют при прочих равных условиях испытаний (давлении воздуха в шине, весовой нагрузке, скорости движения, типе и состоянии дороги, температуре воздуха, продолжительности движения и т. п.).
При выборе шин наиболее важными являются следующие их эксплуатационные качества: экономичность по расходу мощности автомобиля на качение и расходу топлива; сцепление с дорогой; долговечность; надежность; прочность; износостойкость протектора; эластичность; проходимость; безопасность; ремонтопригодность; себестоимость эксплуатации. Оценка по трем первым качествам может быть выполнена методами, применяющимися при испытании автомобилей для определения коэффициентов сцепления, качения и удельного расхода топлива.
Сцепление шины с дорогой оценивают величиной коэффициента сцепления шины в зависимости от типа и состояния дорожной одежды применительно к трем случаям движения: нормальному продольному движению без скольжения и буксования, продольному движению со скольжением и буксованием и боковому заносу и скольжению. Сцепление шины с дорогой определяет величину силы тяги на ведущих колесах и оказывает влияние на продольную и боковую устойчивость автомобиля.
Экономичность шины по расходу мощности автомобиля на качение характеризуется величиной коэффициента качения шины в зависимости от типа и состояния дорожной одежды. Расход мощности на качение пропорционален коэффициенту качения, следовательно, чем меньше коэффициент качения, тем выше экономичность.
Это качество влияет на величину запаса мощности автомобиля и расход топлива.
Расход мощности на качение шины зависит главным образом от величины деформации и внутреннего трения в шине, площади контакта с дорогой, рисунка протектора и материала шины.
Экономичность шины по расходу топлива автомобилем. Это качество находится в прямо пропорциональной зависимости от экономичности шины по расходу мощности на качение.
Экономичность шины по расходу топлива характеризуется коэффициентом Кт, определяемым по формуле, где ?>ф — фактический расход топлива автомобилем, работающим на оцениваемых шинах, л/100 км пробега; QH—расход топлива автомобилем по норме (на тот же пробег).
Расход <2ф для разных моделей шин определяют дорожными испытаниями автомобиля в одинаковых условиях эксплуатации.
Долговечность шины или свойство ее сохранять работоспособность до предельного состояния, включая необходимый ремонт, измеряют общим пробегом ее (до и после ремонта) до списания.
Долговечность зависит от свойств материала, конструкции и технологии изготовления шины.
Надежность шины удобно оценивать по ее пробегу до’ полного износа в определенных условиях работы, включая или исключая ремонт покрышки и камеры с учетом норм пробега.
Надежность шины можно характеризовать коэффициентом надежности Ки, определяемым по формуле, где фактический пробег шины (покрышки, камеры) до полного износа, км; Ьп — установленная норма пробега шины данного размера до
полного износа, км. Надежность шины зависит от особенностей конструкции, свойств материала и технологии изготовления покрышки и камеры.
При постоянной нагрузке и прочих равных условиях надежность шины обычно тем выше, чем больше число слоев корда в каркасе покрышки.
Прочность покрышки характеризуется: величиной давления сжатого воздуха в шине, вызывающей разрыв каркаса; числом деформаций боковых стенок каркаса под действием определенной радиальной нагрузки (по величине и частоте) до полного разрушения стенок; величиной радиальной силы, равномерно распирающей борт покрышки до его разрыва.
Прочность покрышки зависит от особенностей конструкции, свойств материала и технологии ее изготовления.
Износостойкость протектора покрышки оценивают уменьшением веса протектора в граммах или его толщины в миллиметрах за определенный пробег шины, т. е. в г/1000 км или в лш/1000 км.
Износостойкость протектора зависит от свойств материала, рисунка и технологии изготовления протектора, особенностей конструкции шины.
Эластичность шины в сборе — ее упругость, растяжимость и гибкость. Это качество может измеряться: коэффициентом К тангенциальной эластичности шины и величиной боковой деформации поперечного профиля шины под действием боковой силы. От эластичности шины зависит в большой мере устойчивость автомобиля и управляемость им при движении.
Эластичность шины характеризует ее амортизирующую способность и зависит от толщины каркаса и .расположения нитей корда в его слоях, свойств материала, величины профиля (объема) шины, давления воздуха в ней.
Жесткость шины, т. е. способность сопротивляться изменению ее формы (деформации) под действием внешних сил, характеризуется коэффициентами: радиальной жесткости шины; тангенциальной жесткости шины и боковой жесткости шины.
Жесткость шины характеризует ее амортизирующую способность и зависит от толщины стенок и свойств материала покрышки, величины ее поперечного профиля, а следовательно, внутреннего объема покрышки и от давления сжатого воздуха в ней, оказывающего очень большое влияние на жесткость шины в сборе.
Проходимость шины в значительной мере определяет проходимость автомобиля в трудных дорожных условиях и по бездорожью и влияет на другие его качества, например на мягкость хода автомобиля (снижение мягкости хода на твердом покрытии при шинах с рисунком протектора повышенной проходимости).
Проходимость шины можно измерять: величиной среднего удельного давления шины на площадь контакта с дорогой; временем прохождения автомобилем в условиях обледенелой дороги или бездорожья участка пути определенной длины; величиной максимального угла подъема скользкого, обледенелого участка пути, преодолеваемого полностью нагруженной шиной; шириной канавы, преодолеваемой шиной (в данном случае проходимость шины зависит от ее наружного диаметра, т. е. чем последний больше, тем большую ширину канавы преодолевает колесо).
Проходимость шины зависит от рисунка протектора, внутреннего давления воздуха, наружного диаметра шины и величины площади контакта ее с дорогой.
Бесшумность хода шины или способность ее создавать минимальный шум при качении по твердым дорожным покрытиям измеряется величиной создаваемого шиной шума при установленной скорости движения на определенном дорожном покрытии.
Бесшумность хода шины влияет на бесшумность хода автомобиля и зависит главным образом от типа шины, материала, рисунка протектора и величины площади контакта шины с дорогой.
Герметичность шины или способность ее сохранять сжатый воздух длительное время измеряется величиной уменьшения внутреннего давления в шине (в килограммах на сантиметр квадратный или в процентах) в течение установленного времени работы при определенных условиях (весовая нагрузка, скорость движения, температура и пр.); это качество измеряют на шинах в нормальном техническом состоянии и при наличии в каркасе проколов (пробоев) определенного диаметра.
Герметичность шины зависит главным образом от особенностей конструкции шины, качеств материала и технологии изготовления.
У камерных шин герметичность зависит от материала и конструкции камеры.
У бескамерных шин герметичность зависит в основном от ка 4 честв материала герметизирующего слоя и плотности прилегания бортов шины к ободу.
Способность шины противостоять проколам и ударным механическим воздействиям (пробойная стойкость) определяется величиной силы, прикладываемой к торцу металлического стержня на участке беговой поверхности шины для сквозного прокола или пробоя оболочки шины. При этом учитывается форма разрыва оболочки. Испытания выполняют стержнем определенной формы и размера в установленном порядке (скорость нажима и др.). Это качество зависит от типа и числа слоев корда в каркасе и брекере, калибра, типа рисунка и материала протектора.
Способность покрышки противостоять разнашиваемости при работе измеряется в процентах увеличения основных размеров покрышки и камеры за определенный пробег шины при определенных условиях работы (нагрузка, скорость, тип и состояние дороги и т. п.). Это качество зависит от свойств материала и конструкции шины.
Легкость выполнения операций монтажа и демонтажа шины характеризуется временем, затрачиваемым на выполнение операций монтажа и демонтажа шины, и максимальной величиной усилий, затрачиваемых на выполнение этих операций (при данной конструкции обода, шиномонтажного оборудования и инструмента). Это качество в основном зависит от конструкции бортов, от допусков на посадку шины на обод и конструкции обода.
Стойкость шины против действия нефтепродуктов, минеральных масел и других веществ характеризуется уменьшением износостойкости протектора, надежности или прочности шины в результате разрушающего действия на нее указанных веществ в течение определенного времени. Это качество шины зависит от свойств ее материала.
Склонность шины к теплообразованию можно измерять: максимальной температурой, возникающей в различных участках шины при определенных условиях ее работы (температура воздуха, нагрузка, давление сжатого воздуха, дорога, скорость и продолжительность движения); временем остывания шины в определенных условиях от максимальной до минимальной установленной температуры. Чем ниже максимальная температура, возникающая в работающей шине, чем меньше время ее остывания, тем ниже склонность шины к теплообразованию. Это качество зависит от теплопроводности материалов, а также от конструкции шины и обода.
Теплостойкость шины, или способность ее материалов противостоять действию возникающей в ней высокой температуры, характеризуется максимально высокой температурой шины, при которой работающая шина не теряет своих основных качеств или теряет их незначительно (т. е. изнашивается нормально). Указанная температура определяется при конкретных условиях работы шины (дорога, нагрузка, скорость движения, температура окружающего воздуха, давление сжатого воздуха). Теплостойкость зависит от свойств материала шины и ее конструкции.
Морозостойкость шины, или способность ее противостоять влиянию низкой температуры окружающей среды, характеризуется величиной максимально низкой температуры, при которой работающая шина не теряет своих основных качеств или теряет их незначительно. Морозостойкость зависит в основном от свойств материала шины.
Безопасность шины, или способность ее удерживать воздух и обеспечивать устойчивость движения автомобиля после прокола или пробоя каркаса, характеризуется величиной ее пробега в метрах при устойчивом движении автомобиля в конкретных дорожноклиматических условиях и определенной скорости после прокола или пробоя шины стержнем (или другим предметом) определенных размеров и формы (конфигурации). Это качество зависит в основном от особенностей конструкции шины и имеет существенное значение для оценки камерных, бескамерных шин и шин со специальными камерами.
Способность шины противостоять старению (окислению резины, гниению ткани) характеризуется временем, в течение которого изготовленная шина, находящаяся в определенных условиях хранения (температура, влажность, свет, действие солнечных лучей и т. п.) или эксплуатации, не теряет своих основных качеств или теряет их очень незначительно. Способность противостоять старению зависит в основном от свойств материала и конструкции шины.
Ремонтопригодность шины, т. е. приспособленность ее к предупреждению, обнаружению отказов и неисправностей и проведению технического обслуживания и ремонта, можно оценивать степенью трудности, средними затратами времени или стоимостью выполнения технического обслуживания, местного и восстановительного ремонта, процентом отбора шин для ремонта, возможной кратностью восстановления. Это качество в основном зависит от особенностей конструкции и материала шины.
Следует отметить, что в настоящее время изза отсутствия методик и количественных значений параметров еще не представляется возможным при подборе шин учитывать все перечисленные их качества Но, очевидно, что чем больше качеств будет учтено, тем более правильно будут подобраны шины для данного автомобиля и заданных условий работы и обеспечена более высокая эффективность эксплуатации.